코크스(연료)

Coke (fuel)
생코크스

코크스는 탄소 함량이 높고 불순물이 거의 없는 회색, 경질, 다공질 석탄 기반 연료로, 공기가 없는 상태에서 석탄이나 석유를 가열하여 만들어집니다(파괴적 증류 과정).그것은 주로 철광석 제련에 사용되는 중요한 산업 제품이지만 대기 오염이 우려될 때 스토브단조의 연료로도 사용됩니다.

"코크"라는 용어는 보통 코크라고 불리는 과정에 의해 저회분 및 저황 유연탄에서 파생된 제품을 말합니다.석유 코크스, 즉 애완 코크스라고 불리는 유사한 제품은 정유 공장의 원유에서 얻습니다.코크스는 지질학적 [1]과정에 의해 자연적으로 형성될 수도 있다.

역사

중국

4세기까지 거슬러 올라가는 역사 자료에는 [2]고대 중국에서 코크스가 생산되었다고 기술되어 있다.중국인들은 늦어도 [citation needed]9세기에는 처음으로 코크스를 난방과 요리에 사용했다.11세기 초, 황하 계곡의 중국 철공들은 나무가 [3]드문 지역의 연료 문제를 해결하면서 코크스로 화로에 연료를 공급하기 시작했다.

중국은 오늘날 [4]가장 큰 콜라 생산국이자 수출국이다.중국은 전 세계 코크스의 60%를 생산한다.대기 오염에 대한 우려는 에너지 [5]효율이 높지 않은 구식 코킹 기술을 제거함으로써 코크스 산업의 기술적 변화를 촉발시켰다.

영국

1589년 토마스 프록터와 윌리엄 피터슨에게 "토석탄, 해석탄, 잔디, 이탄"으로 과 강철을 만들고 납을 녹이는 것에 대한 특허가 주어졌다.특허는 '조리'를 통한 석탄 제조에 대한 명확한 암시를 포함하고 있다.1590년 요크 학장에게 "피트 석탄을 정제하고 불쾌한 [6]냄새로부터 해방시켜 줄 것"이라는 특허가 주어졌다.1620년, 특허는 윌리엄 성(William St)존과 다른 기사들, 광석을 제련하고 금속을 제조하는 데 코크스를 사용한다고 언급했습니다.1627년, 존 해켓 경과 옥타비우스 드 스트라다에게 냄새나 [7]연기에 의한 불쾌감 없이 바닷탄과 피트탄을 에서 태우는 숯처럼 유용하게 만드는 방법에 대한 특허가 주어졌다.

1603년, 플래트는 석탄이 목탄으로 생산되는 방식과 유사한 방식으로 탄화될 수 있다고 제안했다.이 과정은 1642년 더비셔에서 맥아를 굽는 데 코크스가 사용되었을 때까지 사용되지 않았다; 이전에는 양조업자들이 목재를 사용했는데, 그 이유는 유황 연기[8]맥주에 나쁜 맛을 줄 것이기 때문이다.그것은 품질 향상으로 여겨졌고, "영국 전체가 존경했던 변화"를 가져왔다. 즉, 코크스의 과정을 통해 맥아를 더 가볍게 구울 수 있었고, 17세기 말까지 페인에일이라고 불리는 [7]것이 만들어지게 되었다.

메이들리 블리스 힐의 원래 용광로

1709년 아브라함 다비 1세주철을 생산하기 위해 코크스 연소 용광로를 설립했다.코크스의 뛰어난 찌그러짐 강도 덕분에 용광로는 더 커지고 더 커질 수 있었습니다.그에 따른 값싼 철의 가용성은 산업혁명을 이끈 요인 중 하나였다.이 시기 이전에는, 제철소에서 나무를 태워서 만든 많은 양의 숯을 사용했습니다.영국의 경우 숲의 코피싱이 수요를 충족시키지 못하면서 코크스를 숯으로 대체하는 것이 보편화됐고, 코크스는 땅 위에 석탄을 쌓아 올려 바깥층만 타면서 더미 내부를 탄화상태로 만들었다.18세기 후반에 벽돌로 된 벌집 오븐이 개발되어 연소 과정을 더 [9]잘 제어할 수 있게 되었다.

1768년, 존 윌킨슨은 석탄을 [10]코크스로 바꿀 수 있는 보다 실용적인 오븐을 만들었다.윌킨슨은 느슨한 벽돌로 지어진 낮은 중앙 굴뚝 주변에 석탄 더미를 건설하고 연소 가스가 들어갈 수 있는 개구부를 통해 더 나은 코크스의 산출량을 증가시킴으로써 공정을 개선했습니다.더미의 소성, 덮개, 담금질 기술이 향상되면서 19세기 중반까지 생산량이 약 33%에서 65%로 증가했습니다.스코틀랜드의 제철 산업은 19세기 2/4분기에 [11]탄전에서의 열풍 공정의 채택을 통해 급속히 확장되었다.

1802년, 쉐필드 근처에 벌집 오븐 배터리가 설치되었고, 도가니 강철 용융에 사용할 실크스톤 석탄층을 코크스로 만들었다.1870년까지 웨스트 더럼 탄전에는 연간 400만 톤의 긴 코크스를 생산하면서 14,000개의 벌집 오븐이 운영되었다.코크스 제조의 확대의 척도로서, 1850년대 초에는 영국의 철강 산업의 요구량은 연간 약 100만 톤이었지만, 1880년에는 약 700만 톤으로 증가했다.이 중 약 500만 톤이 더럼 카운티에서 생산되었고, 100만 톤이 사우스 웨일즈 탄전, 그리고 100만 톤이 요크셔와 [11]더비셔에서 생산되었다.

유명쉬페 에벤을 오르는 도이치 라이히스반 41018 2016

증기 기관차의 첫 해에 코크스는 일반적인 연료였다.이것은 초기 환경 법안의 일부에서 비롯되었습니다. 제안된 기관차는 "자신의 연기를 소비해야 했습니다."[12]이것은 소방서 아치가 사용되기 전까지는 기술적으로 불가능했지만, 연기 배출이 적은 코크스를 태우는 것은 요구 사항을 충족하는 것으로 간주되었습니다.이 규칙은 조용히 사라졌고, 철도가 대중들 사이에서 받아들여지면서 값싼 석탄이 일반 연료가 되었다.달리는 기관차가 뿜어내는 연기 기둥은 이제 증기 철도의 표식이 되어 후세를 위해 보존되고 있는 것 같습니다.

소위 "가스 공장"이라고 불리는 곳은 밀폐된 방에서 석탄을 가열함으로써 코크스를 생산했습니다.방출된 가연성 가스는 가스 홀더에 저장돼 요리, 난방, 조명 등에 가정용 및 산업용으로 사용됐다.이 가스는 지하 파이프망이 대부분의 마을을 통과했기 때문에 일반적으로 "도시 가스"로 알려져 있었다.1967년 [citation needed]이후 10년 동안 "천연가스"로 대체되었다.코크스 생산의 다른 부산물에는 타르와 암모니아가 포함되었고, 코크스는 조리장에서 석탄 대신 사용되었고 중앙난방이 등장하기 전에 가정 내 열을 제공하기 위해 사용되었습니다.

미국

1879년부터 탄광과 코크스를 태우는 삽화

미국에서는 1817년 경 [13]펜실베니아 파예트 카운티에 있는 Isaac Meason의 Plumsock pudling row 및 압연소에서 처음으로 철로에 코크스를 사용했습니다.19세기 후반, 펜실베니아 서부탄전들은 코킹에 풍부한 원료를 제공했다.1885년, 로체스터와 피츠버그 석탄과[14] 철 회사는 펜실베니아 월스턴에 2km(1.25마일)에 걸쳐 475개의 오븐을 가진 세계에서 가장 긴 일련의 코크스 오븐을 건설했습니다.그들의 생산량은 매달 22,000톤에 달했다.펜실베니아 헌팅던 카운티에 있는 광부빌 콜라 오븐은 1991년에 [15]미국 국립 사적 등록부에 등재되었다.

1870년에서 1905년 사이에, 미국의 벌집 오븐의 수는 약 200개에서 거의 31,000개로 치솟았고, 이것은 피츠버그 지역에서만 [16]약 1,800,000톤의 코크스를 생산했다.한 관찰자는 만약 열차에 실리게 되면, "그 해의 생산은 기차를 너무 길게 만들어서 앞 엔진이 샌프란시스코로 가서 카부스가 코넬스빌 야드를 출발하기 전에 코넬스빌로 돌아올 것이다!"라고 자랑했다.피츠버그에 있는 벌집 오븐의 수는 1910년에 거의 [17]48,000개로 최고조에 달했다.

최고 품질의 연료를 만들었지만, 코크가 주변 경관을 오염시켰다.1900년 이후, 벌집 코킹으로 인한 심각한 환경 피해는 비록 수십 년 동안 그 지역을 괴롭혔지만 전국적인 관심을 끌었다.1911년 미국 이민위원회의 W. J. Lauck은 [18]"일부 오븐에서 나오는 연기와 가스는 작은 광산 공동체 주변의 모든 식물을 파괴한다"고 말했다.찰스히세 위스콘신대 총장은 기차를 타고 이 지역을 통과하면서 "불꽃이 터지고 짙은 연기 구름이 하늘을 어둡게 만드는 긴 줄의 벌집 오븐을 보았다.밤이 되면 그 광경은 이 불타는 구덩이에 의해 형언할 수 없을 정도로 생생해진다.벌집 오븐은 코카콜라 생산 지역 전체를 칙칙한 하늘로 만듭니다. 즉, 기운이 없고 건강에 [18]좋지 않습니다."

생산.

공업용 코크스로

1976년 사우스웨일스 주 애버크웜보이, 무연 연료 공장의 코크스 오븐

석탄으로부터 코크스를 공업적으로 생산하는 것을 코킹이라고 한다.석탄은 2,000°C(3,600°F)의 높은 온도에서 공기 없는 가마, "코킹 오븐" 또는 "코킹 오븐"에서 구우지만 일반적으로 약 1,000–1,100°C(1,800–2,000°F)[19]입니다.이 과정은 석탄에서 유기물을 증발시키거나 분해하여 석탄 가스콜타르 형태로 물을 포함한 휘발성 생성물을 내쫓습니다.코크스는 분해의 비휘발성 잔류물이며, 단단하고 다소 유리 같은 고체 형태의 원래 석탄 입자의 결합 탄소 및 미네랄 잔류물입니다.

일부 시설에는 "제품별" 코킹 오븐이 있으며, 이 오븐에서는 휘발성 분해 생성물을 수집, 정제 및 분리하여 다른 산업에서 사용하기 위해 연료 또는 화학 원료로서 사용할 수 있습니다.그렇지 않으면 휘발성 부산물이 연소되어 코킹 오븐을 가열합니다.이것은 오래된 방법이지만, 여전히 새로운 [20]건설에 사용되고 있습니다.

유연탄은 특정 석탄 분석 기법에 의해 결정되는 일련의 코크스 석탄 사용 기준을 충족해야 한다.여기에는 수분 함량, 회분 함량, 함량, 휘발성 함량, 타르 및 가소성이 포함됩니다.이 혼합은 적절한 질량을 잃으면서 적절한 강도(일반적으로 반응 후 코크스 강도로 측정됨)의 코크스를 생성하는 것을 목표로 합니다.다른 혼합 고려 사항으로는 생산 중에 코크스가 너무 많이 부풀지 않도록 하고 과도한 벽 압력을 통해 코크스로를 파괴하는 것이 포함됩니다.

석탄의 휘발성 물질이 클수록 더 많은 부산물이 생성될 수 있다.일반적으로 석탄 혼합물의 26-29%의 휘발성 물질 수준은 코킹 목적에 적합한 것으로 간주된다.따라서 다양한 유형의 석탄은 코킹 프로세스가 시작되기 전에 허용 가능한 수준의 휘발성에 도달하기 위해 비례적으로 혼합된다.석탄 유형의 범위가 너무 클 경우 코크스는 강도와 회분 함량이 매우 다양하며, 일반 가열 연료로 판매될 수 있지만 일반적으로 판매되지 않습니다.코크스는 휘발성 물질을 잃었기 때문에 다시 코크할 수 없다.

코킹 석탄은 열탄과는 다르지만 동일한 기본적인 석탄 형성 공정에서 발생합니다.코킹 석탄은 열탄과 다른 마카칼, 즉 석탄을 구성하는 압축 및 화석화된 식물성 물질의 다른 형태를 가지고 있습니다.다른 광석들은 식물 종의 다른 혼합물과 석탄이 형성된 조건의 변화로부터 발생한다.코킹 석탄은 연소 후 재 비율에 따라 등급이 매겨집니다.

  • 강철 등급 I(애쉬 함량 15% 이하)
  • 강철 등급 II (15% 초과, 18% 이하)
  • 워셔리 등급 I(18% 초과, 21% 이하
  • 워셔리 등급 II (21% 초과, 24% 이하)
  • 워셔리 등급 III(24% 초과, 28% 이하
  • 세척 등급 IV(28% 초과, 35% 이하)[21]

"Hearth" 프로세스

덩어리 석탄을 이용한 코크스 제조의 "가슴" 과정은 숯을 태우는 것과 비슷했다; 나뭇가지, 잎, 흙으로 덮인 준비된 나무 더미 대신, 석탄 더미가 코크스 가루로 덮여 있었다.난로 공정은 19세기 전반 동안 많은 지역에서 계속 사용되었지만, 두 번의 사건으로 그 중요성이 크게 줄어들었다.이것들은 철분 용융 열풍의 발명과 벌집 코크스 오븐의 도입이었다.용융로에 찬 공기 대신 뜨거운 공기를 사용하는 것은 1828년 [11]스코틀랜드의 닐슨에 의해 처음 도입되었습니다.석탄으로 코크스를 만드는 노상 공정은 매우 긴 [citation needed]과정이다.

벌집 코크스 오븐

펜실베니아에 있는 코크스 오븐과 석탄 꼭지를 그린 엽서

일반적으로 벌집 오븐으로 알려진 돔 모양의 내화벽돌실이 사용된다.그것은 보통 폭이 4미터(13.1피트), 높이가 2.5미터(8.2피트)입니다.지붕에는 석탄이나 다른 불쏘시개를 위에서부터 장전하기 위한 구멍이 있다.배출구는 벽 하부 둘레에 있습니다.코크스로 배터리에서 다수의 오븐이 이웃하는 오븐 사이에 공통벽을 가진 일렬로 건설된다.배터리는 일렬로 [22]수백 개의 엄청난 오븐으로 구성되어 있었다.

석탄은 꼭대기에서 도입되어 약 60~90cm(24~35인치) 깊이의 균일한 층을 형성한다.공기는 석탄을 점화하기 위해 처음에 공급된다.탄산이 시작되어 휘발성 물질이 생성되고 부분적으로 닫힌 측면 도어 안에서 연소됩니다.탄산화 작업은 위에서 아래로 진행되며 2~3일이면 완료된다.열은 연소 휘발성 물질에 의해 공급되므로 부산물은 회수되지 않습니다.배기가스는 대기 중으로 빠져나갈 수 있습니다.뜨거운 코크스는 물로 담금질한 후 사이드 도어를 통해 수동으로 배출됩니다.벽과 지붕은 다음 전하의 탄화를 시작하기에 충분한 열을 유지합니다.

석탄을 코크스 오븐에서 태우면 석탄의 불순물이 기체가 축적되어 슬래그가 형성되지 않아 제거된 불순물이 효과적으로 합쳐진 것이다.원하는 코크스 제품이 아니었기 때문에 슬래그는 처음에는 불필요한 부산물에 불과했고 폐기되었습니다.그러나 나중에 많은 유익한 용도가 발견되었고, 그 이후 벽돌 제조, 혼합 시멘트, 과립 피복 대상포진, 심지어 [23]비료로도 사용되었다.

산업 안전

사람들은 흡입, 피부 접촉 또는 눈 접촉을 통해 직장에서 코크스로 배출되는 물질에 노출될 수 있다.산업안전보건국(OSHA)은 작업장 내 코크스 오븐 배출물의 법적 한도를 8시간 근무에 걸쳐 0.150mg/m3 벤젠 가용성 분율로 설정했습니다.국립산업안전보건연구소(NIOSH)는 8시간 [24]근무에 걸쳐 권장 노출 한계치(REL)를 0.2mg/m3 벤젠 가용성 분율로 설정했습니다.

사용하다

코크스는 고로에서 [25]철광석을 제련할 때 연료환원제로 사용된다.코크스의 연소로 생성된 일산화탄소는 산화철(헤마타이트)을 감소시켜 [26]철을 생성합니다.

2 3 + Fe + 2( \ { CO - > Fe + CO2}

코크스는 대장간을 위한 연료로 흔히 사용된다.

코크스는 1960년대와 1970년대 초 호주에서 [citation needed]난방용으로 사용되었으며, 1952년 런던 대스모그에 대응하여 통과된 1956년 청정 공기법 이후 영국에서 가정용(석탄을 대체하기 위해) 인센티브를 받았다.

석탄의 코크 과정에서 연기 발생 성분이 배출되기 때문에 코크스는 유연탄 자체의 완전 연소에 적합하지 않은 스토브용해로에 바람직한 연료를 형성합니다.코크스는 연소가 거의 또는 전혀 되지 않는 반면, 유연탄은 많은 연기를 발생시킨다.코크스는 영국에서 "무연 구역"이 만들어진 이후 가정 난방에서 석탄의 무연 연료 대체재로 널리 사용되었습니다.

오크니하이랜드 파크 증류소에서 스카치 위스키에 사용하기 위해 맥아 보리를 콜라와 [27]이탄을 섞은 가마에서 굽습니다.

코크스는 일산화탄소수소혼합물인 합성 가스를 만드는데 사용될 수 있다.

  • 가스: 일산화탄소와 수소의 혼합물. 붉게 달궈진 코크스(또는 탄소 기반의 차) 위에 증기를 통과시켜 만들어집니다.탄화수소산염(가스)은 18세기 후반에 토마스 베도스제임스 와트에 의해 개발된 흡입 치료제로 등장했지만 사실상의 공기 에서 분류되었다.
  • 생산가스(흡입가스), 목질가스, 발전가스, 합성가스: 일산화탄소, 수소 질소의 혼합물로서, 붉은색의 코크스(또는 탄소계 차) 위에 공기를 통과시켜 제조된다.
  • 코크스 오븐에서 발생하는 코크스 오븐 가스는 [28]부피 기준으로 60%의 수소로 신가스와 유사하다.수소는 코크스 오븐 가스로부터 다양한 용도로 경제적으로 추출할 수 있습니다(강철 [29]생산 포함).

페놀 부산물

코크 폐수는 독성이 강하고 발암성이 강하다.페놀계, 방향족, 복소환 및 다환계 유기물과 시안화물, 황화물, 암모늄 및 [30]암모니아를 포함한 무기물을 함유한다.최근에는 다양한 [31][32][33]치료법이 연구되고 있다.백색 썩은 곰팡이 Phanerochaete chrisosporium코킹 [34]폐수에서 페놀을 80%까지 제거할 수 있습니다.

특성.

디트로이트 오대호 철강공사의 한나로입니다.코크스 오븐 위에 있는 석탄탑.1942년 11월

코크스의 부피 비중은 일반적으로 약 0.77입니다.다공성이 매우 높습니다.화학 성분과 물리적 특성은 모두 용광로에서 코크스의 유용성에 중요합니다.조성 면에서는 낮은 회분 및 황 함량이 바람직하다.다른 중요한 특성으로는 M10, M25 및 M40 테스트 크러쉬 지수가 있습니다. 이 지수는 용광로로 운반하는 동안 코크스의 강도를 나타냅니다. 용광로 크기에 따라 미세하게 분쇄된 코크스 조각은 철과 코크스를 통해 가스의 흐름을 방해하기 때문에 용광로로 유입되지 않아야 합니다.관련 특성은 반응 후 코크스 강도(CSR) 지수입니다. 이는 고로 내부의 격렬한 조건에 견딜 수 있는 코크스의 능력을 나타냅니다.코크스 조각은 "벨 콜라"(30 - 80 mm), "넛 콜라"(10 - 30 mm, "코크 바람"(< 10 mm)[35]라는 전문 용어로 표시됩니다.

코크스의 수분 함량은 코크 공정의 마지막에 실질적으로 0이지만, 용광로로 운반할 수 있도록 물을 담금질하는 경우가 많습니다.코크스의 다공질 구조는 보통 질량의 3~6%인 물을 흡수합니다.더 현대적인 코크스 공장에서는 고급 코크스 냉각 방법이 공기 담금질을 사용합니다.

유연탄은 특정 석탄 분석 기법에 의해 결정되는 일련의 코크스 석탄 사용 기준을 충족해야 한다.

기타 프로세스

"균열" 과정에 의해 정제된 석유에서 남은 고체 잔류물도 코크스의 한 형태입니다.석유 코크스는 연료 외에도 건전지, 전해용접 전극 제조와 같은 많은 용도가 있습니다.

singgas를 제조하는 가스 공장은 또한 최종 생산물인 가스 하우스 코크스를 생산한다.

유체코킹은 무거운 잔류 원유를 나프타, 등유, 가열유, 탄화수소 가스 등 가벼운 제품으로 바꾸는 공정이다."유체"라는 용어는 고체 코크스 입자가 시간이 지남에 따라 코크스 드럼에 고체 덩어리가 쌓이는 이전의 배치 지연 코크스 프로세스와 비교하여 연속 유체 코크스 프로세스에서 유체 고체로 작용한다는 사실을 의미합니다.

동독의 석유나 고품질 석탄의 부족으로 과학자들은 낮은 품질의 갈탄고온 갈탄 코크스로 바꾸는 방법을 개발했다.

「 」를 참조해 주세요.

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